斌格谦
光不是物质,是电磁波。一定要说它是什么态,或许可以称为量子态,因为光是由光量子发出的。但目前还没有把量子作为物质的一种形态定义。
光由光源发出,是因为光源中的电子获得了额外能量,如果这个能量不足以使电子跃迁到更外层轨道,电子就会进行加速运动,并以波的方式释放能量。
光的传导是依靠光子,光子是传递电磁相互作用的基本粒子,是电磁辐射的载体,它既是一个一个的发出,又是以波的方式表现出折射、干涉、衍射等性质。电磁辐射就是依靠光子来传递,因此光子是电磁辐射的传递子,而电磁辐射就是光辐射。
光有可见光和不可见光,我们人眼能够看到的光是属于可见光,在光波频谱(电磁频谱)中只占一小段波段,在380nm~780nm之间,其余频谱为不可见光,主要有无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线。
现在的物质形态常见的只有气态、液态和固态,对这三态大家都比较熟悉,空气是气态,水是液态,石头木头等是固态。
不同的温度和压力可以使某些物质产生相变,三态可以相互转化。比如水,温度高了,就可以蒸发升华成气态;温度低了,就会结冰成为固态。空气和一些气体也有这种特性,比如氢在不同的压力下就有气态、液态和金属态几种形态。
金属在高温下也可以变成液态,但很难变成气态,因为还没有等到气态温度,就被氧原子勾走了;还有碳,也是这样,还没有等到气态温度,就会发生化学变化。
物质除了这三态,还有常见的火态。火态有两种形式,一种是高温的等离子态,还有一种是低温的化学激发态。
低温火焰的产生一般是化石燃料中化学能释放的能量,是反应中的气体分子或原子吸收能量,电子获得能量在轨道之间跃迁释放的光和热能。
高温的火焰叫等离子态,是由于原子被高温剥夺了部分电子,组成原子团产生的电离现象,是由正负离子组成的离子化气体状物质。
这两种状态的火界限比较模糊,在我们看到的火中,就混杂着这两种状态,高温部分很可能是等离子态,低温部分很可能是化学态。一般认为在800度以下为低温火,800度以上为高温火。
实际上,在我们所认知的宇宙,等离子态占了绝大部分。因为天上所有的恒星都是以等离子态的形式存在。
而恒星是宇宙最主要的质量存在(除了暗物质、暗能量),如我们的太阳和夜晚看到的星星(除了几颗行星)。
除此之外,科学界还发现了3种形态的物质,即玻色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、中子或电子简并态。
玻色~爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态,都是物质在极低温度下,也就是接近绝对零度的时候会产生某些特异的性质,比如变成超流体和超导体,光也会成为速度极慢的一种流体。这里面的机制很复杂,就不在这讨论了。
还有一种态是物质在极高压力下的特殊状态,已经不能够算是什么物质了,就是一堆没有类别的原子或者中子。
这种状态的物质或者叫非物质存在于白矮星和中子星上,白矮星本身巨大的引力压力把原子的电子剥离了,形成了电子简并压抵御着巨大的引力压力,取得一个平衡;中子星则被本身极大的引力压将原子完全挤破,电子被压进了原子核,与质子结合为中子,整个星球变为一个大中子核,由此产生了中子简并压,靠这种简并压来抵御引力压力,取得一个平衡。
所以这两种星球上的物质是一种特殊状态的物质。白矮星上的物质密度达到1个立方厘米1~10吨,中子星上的物质密度达到1立方厘米1~20亿吨。
综上所述,我们现在认识的世界存在着七种物质形态,即:气态、液态、固态、等离子态、玻色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、电子或中子简并态。
就是这样,欢迎共同探讨。
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时空通讯
固、液、气三态大家都很熟悉,但它们并不是所有可能的物质形态。比如说,火就是等离子态,而光子则比较特殊,后面再做详述。
气体在高温、强电场的情况下,会被电离,形成带电荷的分离的粒子,故谓之「等离子体」。既然带电,那么在电场下就会被偏转,事实上也确实如此:
可以看到,火焰被两边的带电极板吸引,分成两股(图中可能只能看清一股,但实际确实有两股)。如果是一般的气体,那在这种电压下,是不会被吸引的。
然后再来说说光子,前面有人说光子不适合用物质态来描述,其实并不严谨。因为如果用光子气来描述光子,是可以用统计力学做分析,然后得到很精确的推论的。用气体来看光子,还有一个原因,那就是如果用粒子的视角看光子,那么封闭的光子系统是与理想气体几乎一样的。而且光子气的性质也与气体类似,在理论上也有压强、温度、熵等概念。
章彦博
火是等离子态。
看到这个问题,想起了一件事情,百感交集。我堂弟70后80之间,现在三十多岁,人比较聪明调皮,思维敏捷,属于那种一个游戏币能在游戏厅里玩半天的,但不怎么上瘾。他从北京回到老家城市上小学(我叔叔从北京转业回地方),上课时老师讲物质的三态,他就站起来问老师,火是啥态,电是啥态。。。。
结果老师答不上来,认为他是捣乱课堂,把他好一顿批评,让他出去罚站。。。他很不服气,跟我说,拼命去找资料,找到了还告诉我,等离子态。
如果在美国,老师估计会表扬这样的孩子吧?
挺聪明,后来没有上大学。那么,聪明,还挺好学的孩子,到底是怎么被废掉的呢?
后来,和他喝酒聊天,他打开心扉,谈到后来都不喜欢学习了,起源于后面更严重的一次事件。
后来他上初中,数学老师彻底让他对学习丧失了兴趣:有三道数学题,他做对了两道,一道错了,老师打回去要他重改,但老师把位置标错了,标在了对的那道题上,结果他有点懵,觉得不可能错啊,但老师态度很严厉,要求大家闲时修改。因此不得不重新拿张纸,修改那道对了的题,结果自然是把对的修改错了,老师一看,怎么交上来一道错题,明显不对啊,打回去重做,我弟一看,还不对,就更糊涂了,又去改,反复好几次,一直到第十次,气的不行的老师,把他叫过来,掐他的胳膊,把胳膊都掐青了,说你怎么这么笨。最后,老师气的把原来的卷子拿过来,发现他标错位置了。。。
然而,我弟已经对学习和老师,都没什么兴趣了。原来在北京上学时,生病住院了,老师都是下班后,跑到医院去给他补课,回到老家,县城的老师和北京的老师,差异还是比较大的。
后来2000年左右去参军了,空一师,服役三年。退伍后,回到老家进入一家国企。
我堂弟人远比我聪明,但后来没读大学,挺让我可惜的。
流浪在远方的忧伤
物体有三种状态——固液气 光是什么状态 火又是什么状态?
物质状态是指一种物质出现不同的相。大自然中有无数的物质,我们日常生活中可以见到水,空气,矿石,这些都与我们的生活息息相关。我们都知道,水是液态,空气是气态,矿石是固态,这也是我们常见的物质的三种基本状态。除了这三种状态,物质还有那些状态呢?光是什么状态,火又是什么状态呢?
通常所见的物质有三态:气态、液态、固态。另外,物质还有“等离子态”、“超临界态”“超固态”以及“中子态”。
三大基本物质状态
1、固态
严格地说,物理上的固态应当指“结晶态”,也就是各种各样晶体所具有的状态。最常见的晶体是食盐。物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状,在不同方向上物理性质可以不同,有一定的熔点。
在固体中,分子或原子有规则地周期性排列着,就像我们全体做操时,人与人之间都等距离地排列一样。每个人在一定位置上运动,就像每个分子或原子在各自固定的位置上做振动一样。我们将晶体的这种结构称为“空间点阵”结构。
2、液态
液体有流动性,把它放在什么形状的容器中它就有什么形状。此外与固体不同,液体还有“各向同性”特点(不同方向上物理性质相同),这是因为,物体由固态变成液态的时候,由于温度的升高使得分子或原子运动剧烈,而不可能再 保持原来的固定位置,于是就产生了流动。但这时分子或原子间的吸引力还比较大,使它们不会分散远离,于是液体仍有一定的体积。实际上,在液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构——“类晶区”。流动性是“类晶区”彼此间可以移动形成的。
3、气态
液体加热会变成气态。这时分子或原子运动更剧烈,“类晶区”也不存在了。由于分子或原子间的距离增大,它们之间的引力可以忽略,因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动,这导致了我们所知的气体特性:有流动性,没有固定的形状和体积,能自动地充满任何容器;容易压缩;物理性质“各向同性”。
显然,液态是处于固态和气态之间的形态。
其他物质状态
4、等离子态
原子是由原子核和电子组成的,通常情况下电子都围绕着原子核旋转。然而在几千摄氏度以上的高温中,气态的原子开始抛掉身上的电子,于是带负电的电子开始自由自在地游逛,而原子也成为带正电的离子。温度愈高,气体原子脱落的电子就愈多,这种现象叫做气体的电离化。科学家把电离化的气体,叫做“等离子态”。除了高温以外,用强大的紫外线、X射线和丙种射线来照射气体,也可以使气体转变成等离子态。在广漠无边的宇宙中,它是最普遍存在的一种形态。因为宇宙中大部分的发光的星球,它们内部的温度和压力都高极了,这些星球内部的物质几乎都处在等离子态。这是物质的第四种状态。
5、“超固态”
在白矮星里面,压力和温度更高了。在几百吉帕气压的压力下,不但原子之间的空隙被压得消失了,就是原子外围的电子层也都被压碎了,所有的原子核和电子都紧紧地挤在一起,这时候物质里面就不再有什么空隙,这样的物质,科学家把它叫做“超固态”。白矮星的内部就是充满这样的超固态物质。在我们居住着的地球的中心,那里的压力达到350吉帕左右,因此也存在着 一定的超固态物质。
6、“中子态”
假如在超固态物质上再加上巨大的压力,那么原来已经挤得很紧的原子核和电子,就不可能再紧了,这时候原子核只好宣告解散,从里面放出质子和中子。从原子核里放出的质子,在极大的压力下会和电子结合成为中子。这样一来,物质的构造发生了根本的 变化,原来是原子核和电子,现在却都变成了中子。这样的状态,叫做“中子态”。中子态物质的密度更是吓人,它比超固态物质 还要大十多万倍!一个火柴盒那么大的中子态物质,重30亿吨,要有960000多台重型火车头才能拉动它!在宇宙中,估计只有少 数的恒星,才具有这种形态的物质。
火其实是温度超过500摄氏度的粒子,物质达到500摄氏度会发可见光··因为温度高他的体积膨胀因此它要向上运动··所以我们见到的火都是向上的!当向上到一定距离时火就不见了!因为物体要散热,它的温度低于500摄氏度就不会发可见光,所以就不见了!而光也可以归纳到这一状态。
小马谈古今
首先物体并非只分为固态,液态和气态,这三种形态只是我们经常看到的物质存在方式,除了这三种形态,还有等离子态,超临界态,超固态还有中子态!
而火就属于等离子态!
我们知道,当物体的温度升高时,组成物体的原子内部结构就开始变得不稳定,温度高到一定程度,组成原子的电子和原子核就相互脱离,不受约束,成为等离子态,这种形态就像一锅“粒子浆”,电子和原子核不受彼此束缚没有目的地游离着,不像正常的原子那样很有规律,电子与原子核是一个整体!
自由的电子在吸收能量后,会出现能级跃迁(从低能级到高能级),这个过程中就是释放出光,而我们见到的火焰就是飘忽不定的光,也可以认为是能量!
而光本身是电磁波,也是能量的传递方式,光子也被称为光量子,是能量的基本单位,它不可再分,所以光不属于任何形态,光具有波粒二象性,也是基本的粒子,而粒子的组合表现出来的就是物质的具体形态!
我们生活中见到的大部分光都是通过电子能级跃迁而产生的,能级跃迁的过程中会激发出能量,这种能量就是以光子的形式向外辐射!
宇宙探索
本题,表面上涉及“物态的分类”,实际上涉及“物质的分类”。这很难,教科书没给交代。
光,究竟属于什么物质,尚无逻辑自洽的答案。火,是含等离子体的混合气体。
较真,连“气态”的说法,也是不严谨的。氧气,O2与O2之间有空隙,氧原子O与O之间也有空隙,这些空隙是什么东西?
以下是几个语境的物态分类。
按凝聚性的分类:凝聚态vs分散态。
凝聚态:固态与液态。其中,固态:如陶瓷与金属。液态:水、水银、浆糊(半流体)、超流态。
分散态:气态、等离子态、场态。其中,等离子态,例如自由电子、自由质子、α粒子。
场介质态,特指真空场介质。诸如电场、磁场、电磁场、电磁波、引力场、引力波、温度场、机械波。
光,是一种电磁波,因此光属于场介质态。
火,是等离子体、气体分子与场介质的综合性的分散态。
按致密性的分类:低密态vs高密态。
低密态,特指不同能密的场介质,也叫玻色子态。从小到大有:基态场、引力场、电磁场。
光,是被激发的真空场,属于低密态物质。
高密态,特指不同能密的实物质,也叫费米子态。例如:中微子、电子、核子、原子、分子。
混合态,是玻色子与费米子的有机结合。
火,是一种混合态,有亚原子也有场介质。气溶胶是一种混合态。
按导电性分类:导体vs绝缘体
导体:是基级能带电子容易被激发的导电材料。导体包括:常导体、半导体、超导体。
①常导体,如金属、石墨、电解质溶液、水之类的极性分子液体。
②超导体,是激光制冷下的液氨之类,涉及玻色·爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态。
③半导体,是导体与绝缘体之间的过渡态。例如:锗、镓、硅等。
绝缘体,是基级能带电子很难被激发的非导电材料。例如:陶瓷、玻璃、橡胶、塑料。
不过,超低温下的绝缘体有导电性。高电压下的绝缘体会被击穿,也有导电性。
结论:
光,是一种极低密度的场介质态。火是一种等离子体、气体分子与场介质的混合态。
好了,本答stop here。请关注物理新视野,共同切磋物理逻辑与中英双语的疑难问题。
物理新视野
物体分为三态:固态、液态、气态,那么光是什么态?火又是什么态?
物质的三态大家都知道,气液固就是随着温度的降低逐渐转换的一个过程,但可能有很多人并不是特别了解的是还有第四态-等离子态和第五态-玻色—爱因斯坦凝聚态,第六态-费米子凝聚态!
气体的等离子化还是比较简单的,霓虹灯里的放电就是气体的被等离子化过程。当然最简单暴力的方式是给物质加热加热再加热.....即可!
玻色—爱因斯坦凝聚态则是七十年前爱因斯坦即预言的一种物质形态,这与我们生活中的“果冻状”凝聚不同,是原来并不是同一种状态的原子突然凝聚到了同一种状态,是由无数个具有单一量子态的超冷例子的合集,看上去像一个有玻色子构成的超大原子!
玻色-爱因斯坦凝聚在预言半个多世纪后的1995年6月5日首次实现!
费米子凝聚态,与玻色一爱因斯坦凝聚态的物质是由玻色子构成看起来像一个超级大原子一样不同,费米凝聚态则是有费米子构成,物质在冷却时费米子逐渐占了最低的能态,但这些费米子的能态并不一致,就如争先恐后到达某个临界的那种状态!
而第六态是未来高温超导的重要研究方向!
了解了物质的多态之后,我们来看看光是什么态,我们认为光是一种具有波粒两像性的电磁波中中的一个区间,并不是物质的一种状态,而是一种能量传播方式。
而火焰则有一些分化,有一部分理论认为火焰是一种低温等离子态或者部分达到等离子态,但也有外一些人认为只是一个物质化学反应过程中的能量释放,当然这个火焰只要温度足够高则完全可以达到等离子态,而个中的区隔并不十分明显!
星辰大海路上的种花家
物质不只有三态,还有第四态“等离子态”,第五态“玻色-爱因斯坦凝聚态”,第六态“费米子凝聚态”。还有其它态......
等离子态需要条件,温度要特别高才行,最起码要达到数千或上万摄氏度,或者电离,使原子内电子脱离原子核束缚跑出来形成自由电子,这样就会形成了自由带负电电子与带正电的离子组成的等离子态,此外,有一个重要的点就是带的电荷虽然相反,但电荷数相等。
所以,火是什么形态呢?
并不是所有的火都是等离子态的,只有温度很高的火焰才可能是,而像柴火之类的火焰只是一种激发态的气体分子混合而已。
光是什么态?
光既是波又具有粒子性,按光的粒子性来说,光由光量子(光子)组成,光子没有静止质量,因为它无法相对于我们静止,它生来便以光速运动,而光的波粒二象性也仅仅只限于微观世界,在研究宏观物质形态时,不研究光的物质形态。
科学船坞
固液气这三态是我们所常见的几种物质形态,但实际上物质存在形式远不止这几种,比如等离子态、简并态等等。
而题目中问的火就属于等离子态,但光就比较特殊了,属于玻色子,和实物粒子不同,也是一种基本粒子。
实际上在宇宙当中,物质存在最普遍的形式就是等离子态(也叫电浆)。
这种物质形态也很好理解,就是原子内部的电子脱离原子核束缚,达到一种正负离子共存,并且正负电荷数量相等的状态,与液体气体各有相似,但又不是液体和气体,于是这种形态被称为“等离子态”。
上面也说了,等离子态是宇宙最普遍的存在形式,就如咱们的太阳,核心温度在1500万摄氏度,表面也有五六千摄氏度,算是一颗等离子球了。
所以小时候咱们写作文时,经常将太阳比喻成一个“燃烧的大火球”。当然了,太阳内部是核聚变,并不是常见的燃烧。
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赛先生科普
固态、液态、气态只是我们通常所说的普通物质三态,但除此之外,物质还有其他状态:等离子态、低温态(包括玻色-爱因斯坦凝聚态、费米凝聚态)、简并态(包括电子简并态、中子简并态)。很明显,光与火并非是我们通常所熟悉的普通物质三态。
先说火的物质状态。当温度很高时,组成物质的原子就会失去电子,形成自由电子和离子共存的物质状态,这就是等离子态。当物质燃烧时,原子会发生电离,电子跃迁会辐射出光子,从而形成我们所看到的火。因此,火的状态即为等离子态。事实上,宇宙中最为常见的物质状态不是气液固三态,而是等离子态,因为遍布宇宙中的恒星(包括太阳)都是处于这种状态。
另一方面,光其实是一种能量形式,它们的本质是电磁辐射,并非是由原子组成的物质。组成物质的粒子都是拥有静止质量的,而组成光的光子是没有静止质量的,光子是一种静止质量为零的玻色子。虽然光在有时候表现出粒子或者波的行为,但光不被归类为物质,所以光也就没有物质状态之说。